簡要闡述建筑結構優化設計

王志峰

摘要：建筑結構優化設計是節約工程造價的一個重要手段，同時也關系著建筑物的安全性以及投資效益最大化的實現。本文通過對結構方案、結構材料、結構計算以及與其他專業的協調等四個方面，簡要對建筑結構優化設計進行探討。

關鍵詞：優化設計；建筑結構；材料方案

目前在我國的建筑設計中，對建筑結構的優化設計具有重要的意義。建筑結構優化設計的突出表現和最終目的，是為了降低工程的造價，這是比較狹義上的說法，但是在現實中對建設結構設計的優化，主要指的是廣義的說法，在降低工程造價的同時，保證其建筑五的安全性，在利益最大化和質量保證中找到一個最優的平衡點，這就是目前建筑結構優化設計的意義所在。

一、結構方案上的優化

在建筑機構優化設計中，結構方案的優化是設計優化的基礎和保證。對建筑設計者而言，所能采用的建筑結構方案往往不是唯一的，但是不同的結構方案的選擇，其所耗費的過程造價和實際的過程質量也是不同的，為了實現結構優化設計的最終目的，就必須要選擇一個最優的結構方案，實現架構方案的優化。

（一）從整體上處理好各要素之間的關系

這里所說的整體，就是將結構的總體方案放置于特定的建筑空間中，同時要處理好每個要素之間的關系，包括結構與構件之間的關系，充分考慮結構和構件在整體上的最佳受理狀態，從而使結構具備更高的承載力以及良好的剛度和延展性。

優化結構的受力與傳力途徑

結構受力的優化主要是要考慮簡單的傳力途徑，傳力途徑過于復雜，就會使結構構件出現多次轉換，而這種轉換過程必然會增加工程的造價，同時也有可能出現計算上的錯誤從而出現相應的安全問題。因此采用簡單的傳力途徑，不僅可以減少結構構件的轉換次數，降低計算錯誤的安全風險，同時也可以提高工程造價的積極性。

（三）保證整個結構的協調一致性

在結構方案的設計上一定要充分考慮整體結構中的每一個構件，使其結構構件可以在整體上實現協調一致性，發揮出整體上的最大效應，以確保實現建筑規范所規定的設計目標要求，從而實現結構設計上的優化。

（四）避免結構上的扭轉

結構上出現扭轉的原因一般都是由于結構平面布置中抗側力的剛度中心跟建筑物的質量重心或者是外力作用重心相偏離而導致的，這種扭轉所消耗的材料量是很大的，同時也會出現相應的不安全因素，因此在結構方案中主要加以重視和避免。

二、建筑結構材料上的優化

處于對建筑結構中的經濟性和安全性的雙重考慮，對結構材料的要求也就比較高，在材料的選擇上需要質量好同時經濟合理的材料，同時在材料的使用上充分考慮材料的受力特點和力學性能，應盡量做到物盡其用，優化合理。例如在鋼筋混凝土的結構設計中，出于對鋼筋混凝土材料中的高抗壓性考慮，應該采用高標號的混凝土用于以受壓為主的柱子，這樣不但可以增加建筑使用的空間，減少構件的截面，同時也能減輕結構自身的重量。對于梁板而言，應該采用高強度的鋼筋，因為鋼筋的韌性較好，比較受彎，同時使用高強度的鋼筋也為了減少鋼筋的用量。此外，在鋼筋混凝土材料的使用上要注意鋼筋與混凝土之間的強度匹配，在實現材料最大性能發揮的同時，實現對材料的合理利用與節省，從而實現結構上的優化設計。在實際的建筑施工建設中，因為建筑材料的選擇和使用上出現問題而造成資金和材料上的浪費情況的很多。例如在混凝土的現澆板中，經常出現混凝土的標號過高的情況，高標號的混凝土在其并不能很好的發揮其高強度的特性，而且為了配合混凝土的高標準，對于板中的鋼筋量也隨之增加，因此不但造成了鋼筋使用的浪費，也在增加了工程的造價。

三、結構計算上的優化

結構計算的優化同樣也是建筑結構優化設計中的重要組成部分，針對結構計算的優化方面，要充分考慮下面幾個方面的問題：

（一）不能盲目的依賴計算機

目前在建設結構的計算一般利用的都是計算機，但是計算機的使用并不是很萬無一失的，由于計算軟件上存在的缺陷而出現的計算錯誤時有發生，因此設計計算人員不能盲目的依賴計算機的計算，在使用計算機的同時，要對機構設計計算程度的基本理論研究清楚，同時要明確計算程序的限制條件和應用范圍，從而得到正確的計算結果。

（二）對數據的認真核對

在對數據認真計算的同時，也要對輸入后的構建尺寸、幾何圖形以及相關數據進行認真的核對，達到準確無誤，盡可能的避免輸入錯誤、計算錯誤或者是計算分析結果上的錯誤而出現的誤差。有些誤差看上去很小，但是在建筑施工后體現出現的實際影響是巨大的，同時也會影響設計結果的經濟性和安全性。

（三）注意實際結構與計算模型的差異

通過計算機的模擬計算所得出的計算模型是建立在計算理論和設計程序之上的，而實際中的建筑結構所受到的影響因素是比較多同時難以計算的，這就意味計算模式和實際機構之間必然會存在一定程度上的差異，這種差異在結構計算中是必須要考慮在內的，否則就會影響計算結果以及結構設計的正確性。

四、建筑結構設計與其他專業的協調

在建筑結構設計中，要實現設計的優化，有時還要注重跟其他專業之間的協調，筆者在下文中以排水專業和電氣專業為例，簡要的談論建筑結構設計與其他專業之間的協調。

（一）結構與給排水專業的協調

首先水泵間應盡可能的設置在建筑的地下室，這是由于給排水專用建筑中的設備較重，必須要選擇承載量較大的房間；在給排水房間中的預留孔和預埋見的尺寸和位置都必須要準確，同時要注重要樓板孔的加強，并且要避免水平的管道管過建筑梁柱；當管道穿過承重墻上必須要做好相應的加固措施；同時在建筑設計中要充分考慮建筑的樓面負荷，避免將過多的管道出現在同一類的房間，從而出現承重超載。

（二）結構與電氣專業協調

在電氣管線的設置上，如果實現對管線在樓板內的暗裝比較困難的，可以采取將垂直管線在預制時將建筑房梁孔洞預留，并且要保證房梁的寬度和墻體的厚度盡可能的一致，從而確保穿梁的帶暖氣管線不會外露；在對電梯機房的設置上，由于該建筑中的預埋見和空洞較多，從而增大了所需的荷載量，需要對該房間強度進行單獨計算。

綜上所述，建筑結構的優化設計是一個比較科學系統的設計過程，因為影響工程造價和建筑質量的因素有很多，所以在實際的建筑機構設計中，一定要充分的考慮各方面的因素，在每個細節上都力求優化，才能實現結構優化設計的最終目的。

參考文獻

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